《金属材料与热处理——原创金属新理论》第四章

第四章   合金的相结构

一、有关概念
      1、合金：两种或两种以上的金属元素（或金属元素与非金属元素）融合在一起的复合体。
      2、组元：组成合金的独立的、最基本的单元。
      3、相： 合金中具有同一化学成份、同一聚集状态并以界面互相分开的各个均匀的组成部分。
      4、固溶体：在固态下，合金中组元如果能互相溶解而形成均匀的固相，这类相称固溶体。
      5、化合物：其晶体构造一般与组元的构造不同，有其自己特殊的晶体构造。

二、固溶体
      在固溶体中，基础金属称为溶剂，而合金元素称为溶质。所以固溶体一般都具有与溶剂的基础金属所相同的晶体结构；例如，一盆清水，加入蔗糖后是糖水，加入食盐后是盐水，为不同的固溶体；水是溶剂，此时的固溶体与清水有相同的结构。
1、置换固溶体
      溶质原子部分地占据了溶剂原子晶格结点的位置而形成的固溶体叫做置换固溶体。如图4.1所示。
      溶质原子完全随意地分布在溶剂晶格的结点上，这样的固溶体称为无序固溶体。有规律地分布称为有序固溶体。     
      当溶质原子半径比溶剂原子半径大或小时，会使溶剂晶格产生畸变。异类原子的溶入也会造成晶格的畸变。        

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图4.1   置换固溶体

2、间隙固溶体
      溶质原子侵入了溶剂晶格的间隙而形成的固溶体叫做间隙固溶体。如图4.2所示。
      一般来讲，当形成间隙固溶体时，溶剂与溶质的原子直径比值应为：d溶质/d溶剂小于等于0.59。
      碳钢为奥氏体结构时，铁原子的原子半径1.26A，碳原子半径0.77A，比值为0.61
      碳钢为铁素体结构时，铁原子的原子半径1.23A，碳原子半径0.77A，比值为0.63
      说明碳原子不能成为α-Fe与γ-Fe结构下的间隙固溶体。

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图4.2  间隙固溶体

三、化合物
      化合物的定义是，其晶体构造一般与组元的构造不同，有其自己特殊的晶体构造。当合金中有化合物出现时，它的数量与分布对合金的性能会有很大的影响，化合物都排列在基础金属的晶界处，合金组织中的化合物一般都具有较高的硬度和较大的脆性。它可以使合金的硬度、强度和矫顽力提高，同时也可能导致合金的韧性下降。例如钢中的Fe3C可使钢的强度、硬度提高；钢中的FeS又使钢变脆。在合金中常见的化合物如表4.1所示。

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表4.1  合金中常见的化合物

      从表4.1任何一行都可以看到，第一组元、第二组元、化合物，它们的点阵类型都是不同的，也就是晶体结构都不同，可见化合物的晶体结构一般与组元的结构不同，都具有自己特殊的晶体结构。
      根据合金中化合物相结构的性质和特点，可分为以下几类：
      1、正常价化合物
      2、电子化合物
      3、间隙相
      4、其它类型化合物
      需要提醒的是，化合物在钢中是少量存在的，从洁净的角度来看，它是金属铁晶体结构中的杂质,只有含碳达共晶以上的铸铁，碳化物与铁晶体的份量比值才达各50%。